ERAP1

El gen ERAP1 ( HGNC: 18173 ) se localiza en el brazo largo del cromosoma 5 ( 5q15 ). El gen tiene una longitud de aproximadamente 47 kb ^{[ 14 ]} y contiene 20 exones y 19 intrones ^{[ 15 ]} , que codifican 9 variantes de empalme diferentes. La secuencia codificante muestra un alto grado de conservación entre los mamíferos placentarios (>80% de identidad). Se dispone de las secuencias de 227 ortólogos de ERAP1 identificados en aproximadamente 200 especies ^{[ 16 ] .}

ERAP1 es un gen polimórfico que presenta numerosas variantes de un solo nucleótido (SNV), incluyendo varias variantes de cambio de sentido comunes que alteran la secuencia de aminoácidos de ERAP1. Las diversas combinaciones de SNV comunes en ERAP1 se organizan en haplotipos distintos que codifican diferentes isoformas proteicas, a menudo denominadas " alotipos ". ^{[ 17 ]} Los alotipos de ERAP1 pueden clasificarse en función de su actividad enzimática, que varía de "alta" a "baja". ^{[ 18 ] [ 19 ]} La actividad enzimática de ERAP1 depende del reconocimiento del sustrato peptídico, lo cual se observa en la eficiencia de recorte de sustratos peptídicos específicos, que varía significativamente para un alotipo dado. Tal es el caso del alotipo 10, un alotipo con baja eficiencia de recorte, que se ha demostrado que es diez veces menos activo en comparación con el alotipo ancestral en la hidrólisis del sustrato l-leucina-7-amido-4-metilcumarina (Leu-AMC). ^{[ 19 ]}

Las variantes genéticas y los haplotipos (es decir, los alotipos) de ERAP1 se han asociado con una amplia variedad de afecciones inflamatorias, enfermedades infecciosas y cáncer. En particular, ERAP1 es un gen de riesgo importante identificado en estudios de asociación de todo el genoma de afecciones inflamatorias asociadas con MHC-I (o "MHC-I-opatías"), incluyendo la espondilitis anquilosante , ^{[ 20 ]} la enfermedad de Behçet , ^{[ 21 ]} la uveítis en perdigonada , ^{[ 22 ]} y la psoriasis . ^{[ 23 ]} En estas afecciones, ERAP1 a menudo está en epistasis con el alelo de riesgo primario de MHC-I . ^{[ 24 ]} Otras asociaciones de enfermedades incluyen la diabetes mellitus insulinodependiente y la esclerosis múltiple . ^{[ 25 ]} Históricamente, las asociaciones del gen ERAP1 se informaron por primera vez en la hipertensión . ^{[ 26 ]} La evidencia emergente vincula los SNV de ERAP1 con el desarrollo del cáncer y la susceptibilidad a enfermedades infecciosas, ^{[ 27 ]} como los SNV de ERAP1 que modifican la resistencia a la infección por el virus de la influenza. ^{[ 28 ]}

ERAP1 pertenece a la subfamilia de oxitocinasas de la familia M1 de metaloproteasas de zinc . Está compuesta por cuatro dominios estructurales. El dominio I (residuos 1–254) consta de una lámina β de ocho hebras y proporciona sitios de unión para el extremo N-terminal de los sustratos. Se acopla al dominio catalítico II y se une al dominio IV a través de un bucle alargado. El dominio II (residuos 255–529) es el dominio catalítico tipo termolisina, compuesto por una hélice α y una lámina β de cinco hebras . Esta lámina comprende el motivo GAMEN específico para exopeptidasas que crea una parte de la hendidura de unión al sustrato. El átomo de Zn catalítico está coordinado por los residuos His353, His357 y Glu386, que se encuentran en el motivo de unión al zinc (HEXXH-X18-E) en la hélice 6a. El dominio III (residuos 530–614) está compuesto por dos láminas beta que forman un sándwich beta y actúa como un conector entre los dominios II y IV. Finalmente, el dominio IV (615–941) consta principalmente de hélices α y presenta una forma de cuenco. En el estado cerrado (activo), se yuxtapone con el dominio II formando una gran cavidad interna que alberga el sitio de unión del sustrato en el extremo C (Figura 2A). Es el dominio más variable dentro de esta familia de aminopeptidasas. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

ERAP1 utiliza un mecanismo catalítico similar al propuesto para la hidrolasa LTA4 . ^{[ 29 ]} ERAP1 adopta un plegamiento tipo termolisina y se ha cristalizado en dos conformaciones distintas: a. la abierta y b. la cerrada (Figura 2). En la conformación abierta, el dominio IV se encuentra alejado del sitio activo, lo que hace que la cavidad interna sea más accesible a los sustratos. En la conformación cerrada, la cavidad interna está ocluida del solvente externo y tiene el tamaño adecuado para albergar un péptido de 16 residuos. Los residuos catalíticos, y en particular Tyr438, están posicionados de forma óptima para la catálisis en la conformación cerrada. En consecuencia, se hipotetiza que la unión del sustrato tiene lugar en la conformación abierta, mientras que la escisión del enlace N-terminal tiene lugar en la cerrada. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Se ha propuesto que la unión del sustrato o de pequeños inhibidores induce el cierre conformacional de ERAP1 en solución. ^{[ 31 ]}

ERAP1 prefiere sustratos peptídicos de 9 a 16 aminoácidos y es mucho menos activo para péptidos de 8 a 9 aminoácidos. Se considera que ERAP1 utiliza un mecanismo de "regla molecular", según el cual el sustrato se une a través de su extremo C hidrofóbico en una cavidad hidrofóbica en la unión del dominio III y el dominio IV, y el extremo N se une al sitio activo. Cuando la longitud del péptido es menor a 8 o 9 aminoácidos, es demasiado corto para alcanzar el sitio activo, lo que limita la velocidad de escisión. ^{[ 7 ]}

ERAP1 tiene una amplia especificidad de sustrato con preferencia por residuos hidrofóbicos (p. ej., leucina y metionina) en el extremo N-terminal del sustrato peptídico. ^{[ 32 ] [ 33 ]} El triptófano, la arginina, la cisteína y los aminoácidos cargados, como el ácido aspártico y el ácido glutámico, se eliminan con dificultad. ^{[ 30 ] [ 32 ]} La eficiencia de recorte de ERAP1 también puede verse influenciada por la secuencia interna del péptido, con preferencias por residuos hidrofóbicos y con carga positiva. ^{[ 32 ]}

• ERp44

Hisatsune et al. demostraron, mediante co-inmunoprecipitación, una interacción entre ERAP1 y la chaperona de intercambio de disulfuro ERp44 , facilitada por enlaces disulfuro formados con residuos de cisteína en el bucle del exón 10 de ERAP1. ^{[ 34 ]} Se propuso que esta interacción era el principal mecanismo de retención del ER.

• Heterodimerización con ERAP2

Algunas evidencias experimentales han indicado la posibilidad de formación de heterodímeros entre ERAP1 y ERAP2, otro miembro de la subfamilia de aminopeptidasas M1 de oxitocinasa, que comparte similitudes estructurales y funcionales. La coelución de ERAP1 y ERAP2 se detectó a través del fraccionamiento de microsomas, en la fracción de 230 kDa, lo que sugiere la formación de heterodímeros. ^{[ 35 ]} El análisis del ensayo de ligación por proximidad sugirió una interacción física directa entre las dos enzimas. ^{[ 35 ]} Un complejo ERAP1/ERAP2 mediado por cremallera de leucina exhibió una eficiencia de recorte mejorada en comparación con una mezcla de las dos enzimas. ^{[ 36 ]} La dinámica computacional mostró que la heterodimerización de ERAP1/ERAP2 podría estar mediada por el bucle del exón 10, ^{[ 37 ]} conocido por estar involucrado en las interacciones ERAP1-ERp44.

• Interacción propuesta con MHC I

Chen et al. sugirieron que ERAP1 puede recortar péptidos antigénicos precursores con extensión N-terminal cuando se une al MHC I. ^{[ 38 ]} Sin embargo, una reevaluación de este modelo de recorte mediante análisis cinéticos y bioquímicos sugirió que la mayoría de los péptidos unidos al MHC-I tenían un acceso limitado o nulo al sitio activo de ERAP. ^{[ 39 ]}

• Derivados fosfínicos

La primera generación de inhibidores de ERAP1 es una serie de pseudopéptidos fosfínicos derivados de un enfoque de diseño racional dirigido al sitio catalítico de unión al zinc, en 2013 ¹ . En particular, DG013A (Tabla 1, Figura 3) mostró alta potencia (ERAP1 IC ₅₀ = 33 nM) pero baja selectividad frente a ERAP2 e IRAP, con estudios de optimización SAR informados que demuestran la importancia de las cadenas laterales en las posiciones P ₁ ' y P ₂ '. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Se ha obtenido una estructura cristalina de alta resolución del análogo fosfínico DG046 unido al sitio activo de ERAP1 (Figura 4). ^{[ 42 ]}

• análogos de DABA

En 2013 se diseñó y desarrolló racionalmente una nueva familia de compuestos de ácido diaminobenzoico (DABA) dirigidos al zinc, que mostraron una potencia micromolar para la inhibición de ERAP1 (compuesto 2, IC50 ₌ 2 μM, Tabla 1). Se logró una selectividad moderada sobre ERAP2 e IRAP con esfuerzos de optimización adicionales basados ​​en una investigación exhaustiva de la relación estructura-actividad (SAR). ^{[ 43 ] [ 44 ]}

• derivados de la urea

En 2020, el derivado de urea 3 (Tabla 1) fue identificado mediante cribado de alto rendimiento (HTS) como un inhibidor competitivo de la actividad aminopeptidasa de ERAP1 (IC ₅₀ = 6,9 μM) con mayor selectividad sobre ERAP2 e IRAP. ^{[ 45 ]} La exploración SAR y los estudios de acoplamiento mostraron que el grupo carbonilo de N -acetilpiperazina era fundamental para la actividad debido a sus propiedades de unión al zinc. ^{[ 45 ]}

• Compuesto GSK235

Se informó que el metil (3R,4R)-1-(3-ciano-4-metil-6-((4-metiltetrahidro-2H-piran-4-il)amino)piridin-2-il)-4-isopropilpirrolidina-3-carboxilato es un inhibidor potente, selectivo y de administración oral de ERAP1. Los experimentos in vivo mostraron eficacia en el control del crecimiento tumoral en un modelo de ratón, así como beneficio terapéutico en un modelo murino de autoinmunidad inflamatoria. Este compuesto (" GSK235 ") es una potente herramienta in vivo para explorar la biología de ERAP1 y sus posibles aplicaciones terapéuticas. ^{[ 46 ]}

• ácidos ciclohexílicos

La optimización de un compuesto identificado en un cribado de biblioteca ha llevado a la identificación de ácidos ciclohexílicos con excelente potencia (pIC50 = 8,6), actividad celular (pIC50 = 7,7) y una eliminación libre y biodisponibilidad oral moderadas, lo que resalta el potencial de esta serie como candidatos a fármacos. ^{[ 47 ]}

• ácido clerodánico

Un cribado de biblioteca de alto rendimiento identificó el ácido clerodano, un producto natural de Dodonaea viscosa, como un activador selectivo de ERAP1 para sustratos pequeños y un inhibidor del recorte de péptidos. Se encontró que este compuesto era activo en el bloqueo de la presentación de antígenos dependiente de ERAP1 (EC50 = 1 μM) y se unía al sitio regulador de ERAP1 que normalmente aloja los extremos C-terminales de los subestados peptídicos. ^{[ 48 ]} También se encontró que el ácido clerodano induce fuertes cambios en el inmunopeptidoma en células cancerosas. ^{[ 49 ]}

• Benzofuranos

Esta familia de compuestos fue identificada como un potencial inhibidor alostérico (sitio de reconocimiento del extremo C de los péptidos) mediante un cribado de alto rendimiento basado en fluorescencia en 2021. ^{[ 50 ]} El compuesto 4 (Tabla 1) mostró una alta potencia (ERAP1 IC ₅₀ = 34 nM) y, al mismo tiempo, selectividad frente a ERAP2 e IRAP. ^{[ 50 ]}

• sulfonamidas

El compuesto sulfonamida 5 (Tabla 1) se identificó mediante estudios de cribado de alto rendimiento como un potencial inhibidor selectivo alostérico, que se une a la interfaz entre los dominios II y IV de ERAP1. Activa la hidrólisis de péptidos pequeños, pero inhibe eficazmente el procesamiento de péptidos largos de 8 a 13 residuos (IC50 ₌ 5,3 μM) y muestra selectividad frente a ERAP2 e IRAP. ^{[ 45 ]}

A partir de 2023, un inhibidor de ERAP1 ( GRWD5769 ) desarrollado por Grey Wolf Therapeutics entró en fase I/II. Su seguridad, tolerabilidad, eficacia y farmacocinética se están evaluando en pacientes con tumores sólidos asociados a virus (carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello, cáncer de cuello uterino y carcinoma hepatocelular) que son particularmente sensibles a la inhibición de ERAP1, como monoterapia o en combinación con el inhibidor del punto de control inmunitario PD-1 Libtayo® ⁽ cemiplimab). ^{[ 51 ]}